毛澤東只帶了一個九人團去。團員中包括陳伯達、翻譯員師哲、警衛汪東興等人。抵莫斯科時蘇聯的政要莫洛托夫、米高揚、布林加寧、維辛斯基、羅申等人都到火車站上歡迎。毛在歡迎儀式上曾發表簡短講話。當天晚上，就在克里姆林宮的會客廳與史大林初次握手見面。
雙方熱情問好之後，毛澤東這樣地表示：「這次來，一是為祝賀你的壽辰，二是來看看偉大的蘇聯。」在交談中，不亢不卑，也沒有提具體要求。反而是史大林一度建議，是否應該搞個什麼東西。毛答了句比喻，認為這個東西最好就是「既好看又好吃」。對方對此不大了了。於是就沒有了下文。毛安頓下來，再等待機會。他顯然不願意先開口求對方幫助。因為這樣被動。他要平等起步。史大林也沒有具體建議。他在等毛澤東先提，然後由他最後決定。事情就這樣子僵住著，許多天沒有新的發展。
當時，全世界都知道毛澤東去了莫斯科。幾個星期下來，沒有任何動靜。英國傳媒就此大做中傷文章。它說毛澤東被史大林軟禁了。因為西方輿論認為，毛澤東過去與史大林在中國革命的問題上有許多爭論，經常陽奉陰違，或是自有一套；並說，今次毛澤東去蘇聯無疑自討苦吃。
王稼祥看到了這報導後，向毛澤東建議將計就計，借接受蘇聯塔斯社訪問，把他此行的目的說出來。王稼祥是*駐俄大使。毛澤東同意就依言辦了。這樣，確是一舉兩得。一是回駁了外間的謠言；二是道出了他要的東西。於是，毛、史二人再聚面，這次談具體內容。毛澤東建議這些事由雙方的外交專員去辦。史大林也就同意了。
周恩來當年身兼總理和外交部長。毛與他通了話，周帶一團人來。共坐了九日火車，一路上草擬方案。這就是兩國後來簽署的「中俄友好同盟互助條約」。其中關鍵是在「互助」這兩個字上面。中方藉此向蘇聯提出了貸款和其它的建設專案。俄方在答應的同時亦維持了東北的一系列利益。包括中長鐵路股權問題以及旅順、大連何時交還中國等等。這些都是俄國戰後從日本方面取得的。
另外中俄雙方分別發表宣告，就有關外蒙的獨立作出表態。早在1943年時，蔣介石曾與蘇聯簽署了一份「中俄友好合作條約」，內中就提到外蒙的獨立將會於二次世界大戰後由外蒙人民自己投票的結果決定。這等如是變相同意。因為既有蘇聯在它背後慫恿，外蒙豈會投票反對。所以，*的立場基本上亦是對此認許的。這一項宣告卻被人指*出賣外蒙。周恩來當時曾就外蒙問題發宣告，主要因為*在建國前曾經表示對蔣介石所訂下的條約一律否認。因此，就外蒙的獨立，有必要另作出解釋。
總的來說，毛澤東此行目的基本上達到。條約不是由史大林與毛澤東簽字，而是由周恩來與俄國的外長簽署。在離開俄國前，中方曾舉行答謝宴，並邀得史大林赴會。據稱那是史大林第一次破例到克里姆林宮外參加別國所辦的宴會。由此可見，史大林對條約頗滿意，同時對毛澤東很欣賞。對於過往彼此間的互不信任，史大林見面時第一句就表示：「勝利者是不會被批判的！」在中國革命的問題上毛澤東是勝利者；相反，史大林自己對中國國情的估計常犯錯。史稱讚毛：「年輕，健康，了不起！」
同時，在毛澤東訪俄期間，史大林慶七十大壽。毛不但出席了壽宴，並曾發言大讚對方。有紀錄稱，他席中帶頭高呼「史大林萬歲」，可見毛對個人祟拜並不迴避。至少，無論是出於討好抑或是興之所致，毛對史存敬意，也得到了回報。因為1950年的那份「中蘇友好同盟互助條約」，它不但實現了毛澤東要廢除蘇聯在中國東北那些特權，還獲得了蘇聯答應在資金及技術上提供援助。
當然，為了達成這兩個目的，中國也只能不得不在償還的經濟條款方面接受了蘇聯所提出的苛刻條件。
毛澤東此次出訪蘇聯是從1949年12月6日離開北京開始的。他乘火車，由東北去，兩天後抵達滿洲里，換蘇火車，進入俄境。在蘇聯奧特堡爾車站上，有歡迎儀式，檢閱仗儀隊。之後繼續乘車，至12月16日才抵達莫斯科北站，又有歡迎儀式。之後被安排住進史大林在西南郊區的那一座姐妹河別墅。其間他到列寧格勒市訪問，下榻冬宮；中蘇條約是於翌年2月14日簽署；2月17日告別莫斯科乘火車返中國；3月4日回抵北京。
這也是毛澤東首次出國。此行全程歷時八十九日。他帶去蘇聯的禮物不過是一車廂大蒜、蘿蔔、大梨、和大白菜，換回中俄合約使新中國有了三萬萬美元貸款，又開始了許多大型建設專案。這無疑是大